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摘 要
裝載機主要用來裝卸成堆散料，也能進行輕度的鏟掘工作。由于它適用于建筑、礦山、鐵道、公路、水電等國民經(jīng)濟各個部門，因此，在國內(nèi)外，產(chǎn)量與品種的發(fā)展都較快，是工程機械中的一個主要機種。
裝載機根據(jù)不同的使用要求，發(fā)展形成了不同的結(jié)構(gòu)類型。通常，按使用場合的不同，分成露天用裝載機和井下用裝載機；按行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，分成輪式裝載機與履帶式裝載機；按卸料方式不同，分為前卸式（前端式）、后卸式與回轉(zhuǎn)式裝載機。
此次的畢業(yè)設(shè)計論文先對裝載機的發(fā)展概況及設(shè)計的指導(dǎo)思想、特點、任務(wù)進行概述，然后確定方案，在技術(shù)設(shè)計部分羅列了ZL30裝載機的主要技術(shù)性能和參數(shù)，進行了牽引特性計算。主要是針對國產(chǎn)裝載機ZL30的工作裝置進行設(shè)計，包括它的鏟斗的選擇包括：結(jié)構(gòu)形式，具體參數(shù)，鏟斗容量。然后進行的是其連桿機構(gòu)的設(shè)計包括動臂的一些數(shù)據(jù)計算以及連桿機構(gòu)中一些組件的尺寸，以及工作裝置的強度的計算，采用受力分析法進行計算分析。
關(guān)鍵詞：裝載機；工作裝置；連桿；鏟斗
Abstract
Loader piles is mainly used to handling bulk material, but also to carry out the work of digging shovel mild. Because it applies to construction, mining, railways, highways, water and electricity in all sectors of the national economy, therefore, at home and abroad, production and rapid development of varieties, is a mechanical engineering major models.
Loader according to different application requirements,development of the structure of different types. Usually, by the use of different occasions, into the open air and underground loader used loader used; by running a different system structure, divided into wheel loaders and crawler loaders; in different ways according to discharge into the former dump (front-end ), after the dump loaders and rotary.
The design of the graduation thesis mainly deals with domestic Loader ZL30 devices work system design.At first,I introduce the developing trend of the loaders,and explained the main designing idea, designing characteristic and designing task.The second part is the whole designing prgram.In the technical designing part,the main technological parameters and technological features of the ZL30 loader are listed，then I design the choice of bucket include: the structure of the form of specific parameters, bucket capacity. And then proceed to the design of the linkage mechanism includes a number of boom and linkage data of some components of the size, as well as the calculation of the strength of devices, the use of force analysis method calculation and analysis.
Key words：loader；work device；connecting rod；bucket
I
目錄
前言 1
1 裝載機的發(fā)展和應(yīng)用 3
1.1 裝載機的概述 3
1.2 裝載機的發(fā)展 5
1.2.1 國外裝載機的發(fā)展概況 5
1.2.2 我國裝載機的發(fā)展情況 5
1.2.3 目前裝載機的特點和發(fā)展趨勢 6
2 裝載機總體設(shè)計 9
2.1 裝載機各總成部件結(jié)構(gòu)形式選擇 9
2.1.1 液力機械傳動系部件形式的選擇 9
2.2 裝載機總體參數(shù)確定 10
2.2.1 確定軸距和輪距 10
2.2.2 插入阻力 11
2.2.3 鏟起阻力 12
2.2.4 轉(zhuǎn)斗阻力矩 12
2.2.5 總阻力矩的計算 13
2.2.6 裝載機的使用重量 14
2.2.7 確定發(fā)動機功率 14
2.3 各部件的布置 16
2.3.1 發(fā)動機和傳動系的布置 16
2.3.2 工作裝置布置 16
2.3.3 駕駛室的布置 17
3 工作裝置設(shè)計 19
3.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析 19
3.1.1 裝載機工作裝置概述 19
3.1.2 工作裝置結(jié)構(gòu)類型的分析 20
3.2 鏟斗設(shè)計 22
3.2.1 鏟斗設(shè)計要求 23
3.2.2 鏟斗結(jié)構(gòu)形式的選擇 23
3.2.3 鏟斗基本參數(shù)的確定 25
3.3 工作機構(gòu)連桿系統(tǒng)的尺寸參數(shù)設(shè)計 29
3.3.1 工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計 29
3.3.2 動臂設(shè)計 30
3.3.3 連桿機構(gòu)設(shè)計 33
3.4 工作裝置強度計算 36
3.4.1 確定工作裝置的計算位置 36
3.4.2工作裝置載荷分析 37
3.4.3 工作裝置受力分析 38
3.4.4 工作裝置受力分析 39
3.4.5 工作裝置強度校核 43
結(jié)論 46
致謝 47
參考文獻(xiàn) 48
附錄A 49
附錄B 53
前言
裝載機是一種作業(yè)效率高且用途廣泛的工程機械，可以對散狀物料進行鏟裝、搬運、卸載及平整作業(yè)，還可以進行輕度的鏟掘工作，若更換換裝相應(yīng)的工作裝置，還可以可以進行推土、起重裝卸木料及鋼管等作業(yè)。因此，它被廣泛應(yīng)用于建筑、鐵路、公路、水電、港口、礦山、農(nóng)田基本建設(shè)及國防等工程。對于加快工程建設(shè)速度、減輕勞動強度、提高工程質(zhì)量、降低工程成本都發(fā)揮著重要作用，因此近幾年來無論在國內(nèi)還是在國外裝載機品種和產(chǎn)量都得到迅速發(fā)展，成為工程機械的重要機種之一。在近20年內(nèi)，我國裝載機從無到有，并形成了獨立的系列，通過實踐證明，從整機性能結(jié)構(gòu)形式及主要參數(shù)如：牽引性、動力性、機動性、穩(wěn)定性、操縱性、及單位自重功率、單位斗容功率和單位載重量等綜合技術(shù)指標(biāo)來看，已接近或達(dá)到國外水平。但由于各種原因，產(chǎn)品的質(zhì)量與先進的工業(yè)國家相比還有一定的差距。近期裝載機在結(jié)構(gòu)上沒有重大的突破，但有不少的改進。目前國內(nèi)輪式裝載機的發(fā)展趨勢：
1) 大型和小型輪式裝載機，在近幾年發(fā)展過程中，受到客觀條件及市場需求量的限制。競爭最為激烈的中型裝載機更新速度越來越快。
2) 各個生產(chǎn)廠家根據(jù)實際情況，重新進行總體設(shè)計，優(yōu)化各項性能指標(biāo)，強化結(jié)構(gòu)件的限制級剛度，以及整機可靠性能得到提高。
3) 優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)性能。如動力系統(tǒng)的減震、散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工作裝置的性能指標(biāo)優(yōu)化及各鉸點的防塵、工業(yè)造型設(shè)計，逐步引進最新的傳動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)技術(shù)，予以國產(chǎn)化、商業(yè)化，降低能耗，提高性能。
4) 利用電子技術(shù)及負(fù)荷傳感技術(shù)來實現(xiàn)變速箱的自動換擋及液壓變量系統(tǒng)的應(yīng)用，提高效率、節(jié)約能源、降低裝載機作業(yè)成本。
5) 提高安全性、舒適性。
6) 降低噪聲和排放，強化環(huán)保指標(biāo)。
7) 廣泛利用新材料、新工藝、新技術(shù)，特別是機電液一體化技術(shù)，提高產(chǎn)品的壽命和可靠性。
8) 最大限度地簡化維修，盡量減少保養(yǎng)次數(shù)和維修時間，增大維修空間，品牌普遍采用電子監(jiān)視及監(jiān)控技術(shù)，進一步改善故障診斷系統(tǒng)，提供排除問題的方法。
此次的畢業(yè)設(shè)計論文主要是針對國產(chǎn)裝載機ZL30的工作裝置系統(tǒng)進行設(shè)計，包括它的鏟斗的選擇：結(jié)構(gòu)形式，具體參數(shù)，鏟斗容量。然后進行的是其連桿機構(gòu)的設(shè)計包括動臂的一些數(shù)據(jù)以及連桿機構(gòu)中的一些組件尺寸，以及工作裝置的強度計算，并采用材料力學(xué)的相關(guān)知識對其受力分析和計算分析。
1 裝載機的發(fā)展和應(yīng)用
1.1 裝載機的概述
裝載機按發(fā)動機功率可分為特大型、大型、中型和小型四種。小型裝載機的功率小于74kw；中型裝載機的功率為74~147kw；大型裝載機的功率為147~515kw；特大型裝載機的功率大于515kw。
裝載機按行走裝置的不同可分為履帶式和輪胎式兩種。輪胎式裝載機是以輪胎式專用地盤為基礎(chǔ)，配置工作裝置和操縱系統(tǒng)而構(gòu)成。輪胎式裝載機具有速度快、重量輕、維護方便效率高、行走時不破壞路面、機動靈活等特點。履帶式裝載機是以專用地盤或工業(yè)拖拉機為基礎(chǔ)，裝上工作裝置及操作系統(tǒng)組成。履帶式裝載機因履帶接地面積大，使得接地比壓小，通過性好；重量大，附著性能好；重心低，穩(wěn)定性好等特點。
裝載機按傳動形式不同可分為機械傳動式、液力機械傳動式、液壓傳動式和電傳動式四種。目前，大中型裝載機多采用液力機械式傳動。
裝載機按卸料方式不同可分為前卸式、回轉(zhuǎn)式和后卸式。前卸式裝載機結(jié)構(gòu)簡單，工作安全可靠，駕駛員視野好，故應(yīng)用廣泛?；剞D(zhuǎn)式裝載機的工作裝置可以相對底架轉(zhuǎn)動一個角度，使得裝載機在工作時可以與運輸車輛成任意角度，裝載機原地不動依靠回轉(zhuǎn)卸料。因此，回轉(zhuǎn)式裝載機可在狹小的場地工作，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，側(cè)向穩(wěn)定性不好。后卸式裝載機前端裝料，向后卸料。在作業(yè)時不需要調(diào)頭，可直接向停在裝載機后面的運輸車輛卸料。但卸料時鏟斗必須越過駕駛室，不安全，故應(yīng)用不廣泛，一半用于井巷作業(yè)。
裝載機的構(gòu)造：裝載機一般有發(fā)動機，車架，動力傳動系統(tǒng)，行走系統(tǒng)，工作裝置，液壓系統(tǒng)和操作系統(tǒng)等組成，發(fā)動機的液力變矩器把動力傳給變速箱，然后經(jīng)前傳動軸和后傳動軸分別傳給前后驅(qū)動橋，以驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動，工作裝置是由動臂，鏟斗，連桿機構(gòu)，動臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸等組成，動臂一端鉸接在機架上，另一端和鏟斗鉸接連接。動臂的升降由動臂油缸帶動，鏟斗翻轉(zhuǎn)則由轉(zhuǎn)斗油缸通過連桿機構(gòu)來實現(xiàn)，車架由前后兩部分組成，中間用前后車架鉸接聯(lián)接，依靠轉(zhuǎn)向油缸可使前后車架繞鉸銷相對地轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。
裝載機的作業(yè)方式：裝載機是循環(huán)作業(yè)式的工程機械。它的一個作業(yè)循環(huán)由駛進料堆、鏟取、后退、轉(zhuǎn)向、駛進卸料目標(biāo)和卸料等動作構(gòu)成。其中，對物料的鏟取方法和作業(yè)時運輸車輛的配置方案，將影響生產(chǎn)率的高低。
1） 鏟取方法：裝載機對物料的鏟取方法有一次鏟取和復(fù)合鏟取兩種方法。
a. 一次鏟取法：鏟斗一次插入料堆，一次收斗而裝滿鏟斗的鏟取方法。作業(yè)時裝載機從正前方駛進料堆，邊進邊放下鏟斗，在料堆前1m處使鏟斗落到地面，處于浮動位置，斗刃能觸及料堆時，加大油門緩緩插入料堆，然后鏟斗上翻，提升動臂到運輸位置再倒退駛出。該法是最簡單常用方法，比較適用于阻力比較小的松散料堆。
b. 復(fù)合鏟取法：裝載機前進插入料堆的同時，鏟斗與提臂相配合鏟取物料的方法。這樣鏟取切削阻力小，容易裝滿鏟斗，適合鏟裝切削阻力較大的物料。
2）作業(yè)配置方案：裝載機與運輸車輛的作業(yè)配置方案，主要取決于現(xiàn)場的條件、運輸車與裝載機的數(shù)量和類型。廣泛使用的有“I形”、“V形”、“L形”作業(yè)方法。
a. “I”形作業(yè)法：運輸車平行與工作面并往復(fù)地前進和后退，所以也稱之為穿梭作業(yè)法。
這種作業(yè)方式可減少裝載機改變方向的次數(shù)，如果裝載機與運輸車配合的好，會有較好的生產(chǎn)效率。
b. “V”形作業(yè)法：運輸車與工作面成60度的角度，裝載機裝滿鏟斗后，在倒車駛離工作面的過程中，并調(diào)轉(zhuǎn)駛向料堆，進入下一次的作業(yè)循環(huán)。
這種作業(yè)方式可以得到較短的工作循環(huán)時間，故應(yīng)用十分廣泛。
c. “L”形作業(yè)法：運輸車垂直于工作面，裝載機鏟裝物料后，倒退并翻轉(zhuǎn)90°，然后向前駛向料堆進行下次鏟裝。
這種作業(yè)方式在運距較短時，一個司機可輪換在兩輛運輸車上工作，以減少人力。這種作業(yè)方式適用寬廣的作業(yè)場合。
國產(chǎn)裝載機型號標(biāo)記的第一個字母Z，代表裝載機，Z后面的數(shù)字代表額定裝載重量。為了區(qū)別履帶式和輪胎式裝載機，輪胎式裝載機型號標(biāo)記要在字母Z和數(shù)字之間加字母L，如ZL30型裝載機，代表額定載總量為3t的輪胎式裝載機。裝載機的型號表示方法見表1-1。
表1-1 裝載機的型號表示方法
Table 1-1 representation for loader
組
型
代號
代號含義
名稱
單位表示法
裝載機Z
履帶式
輪胎式L
Z
ZL
履帶式裝載機
輪胎式裝載機
裝載能力
t(噸)
1.2 裝載機的發(fā)展
1.2.1 國外裝載機的發(fā)展概況
裝載機在20世紀(jì)初開始制造和使用，最早的裝載機是以畜力作動力的。到20世紀(jì)20年代才出現(xiàn)帶有動力的裝載機。在30年代，裝載機的結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的改進，到30年代末出現(xiàn)了輪胎式裝載機，40年代柴油機、液壓技術(shù)開始在裝載機上應(yīng)用，并出現(xiàn)了四輪驅(qū)動的裝載機，這樣就大大增加了裝載機的牽引力。50年代，由于汽車技術(shù)的發(fā)展，促進了工程機械專用地盤的使用和發(fā)展，在此期間液力變矩器開始在裝載機上使用，出現(xiàn)了液力機械傳動形式。這種傳動形式使裝載機的牽引性能得到了大大的改善，工作時能隨著外界阻力的變化而自動調(diào)整速度，發(fā)動機不會因為外界阻力增大而熄火。60年代初，出現(xiàn)了鉸接式裝載機，這是裝載機結(jié)構(gòu)上的一大革新，它使得裝載機的轉(zhuǎn)向性能大大改善，機動性大大提高。再次期間又出現(xiàn)了電傳動裝載機，這又是裝載機設(shè)計上一個新的發(fā)展。裝載機結(jié)構(gòu)上的不斷改進，使其生產(chǎn)率大大提高，從而是裝載機的應(yīng)用范圍越來越廣，這樣就促進裝載機的制造業(yè)的發(fā)展，不但產(chǎn)品數(shù)量不斷增加，而且產(chǎn)品的質(zhì)量也不斷提高，新型號、新系列也不斷涌現(xiàn)出來。
20世紀(jì)60年代以前，裝載機的斗容一般不超過4 m3。從60年代末期開始，斗容發(fā)展越來越大。目前世界上最大的輪胎式裝載機是美國“克拉克”設(shè)備公司在加拿大的分公司生產(chǎn)的“密執(zhí)安”675型裝載機，其斗容量為18.4 m3 如果裝載比重不大的散裝物料（如煤）時，斗容可達(dá)27.5 m3。
1.2.2 我國裝載機的發(fā)展情況
我國20世紀(jì)50年代末才開始生產(chǎn)以汽車底盤為基礎(chǔ)，配以工作裝置，構(gòu)成前輪驅(qū)動后輪轉(zhuǎn)向的小型裝載機。這種裝載機由于其牽引力不大，所以只能用于裝載松散的輕型物料。60年代初，成立了專門管理工程機械科研和生產(chǎn)的部門，建立了科研機構(gòu)，并且籌建了專門生產(chǎn)裝載機的工廠。與此同時，我國開始研制專用底盤的裝載機，如天津工程機械研究所和廈門工程機械廠與1964年測繪并制成了額定載重量為為35KN的Z435裝載機，1967年成都工程機械廠與天津工程機械研究所試制了Z4H2半回轉(zhuǎn)式裝載機；1965年天津工程機械廠與天津交通局設(shè)計試制了Z425鉸接式裝載機；1970年柳州工程機械廠和天津工程機械研究所設(shè)計試制了ZL50裝載機。該機采用雙渦輪變矩器、動力換擋行星式變速箱、寬基底輪胎反轉(zhuǎn)單連桿機構(gòu)工作裝置，交接轉(zhuǎn)向。并自行設(shè)計了“三合一”機構(gòu)——即利用了單向離合器解決了裝載機熄火后的拖起動、轉(zhuǎn)向及下長坡時用柴油機排氣制動等三個問題，使該機更適合北方低溫、南方山多坡道長的情況。
ZL50裝載機經(jīng)多年實踐考核證明性能良好、結(jié)構(gòu)先進，因此裝載機行業(yè)的研究所和工廠以該機型為基礎(chǔ)，共同設(shè)計試制了ZL100，ZL40，ZL30，ZL20裝載機，并在這個系列的基礎(chǔ)上發(fā)展了DZL50和DZL40地下裝載機等變形產(chǎn)品。初步形成了我國獨立地輪胎式交接裝載機系列。該系列產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，其傳動系采用柴油機——渦輪變矩器——動力換擋行星變速箱——帶輪邊減速的雙驅(qū)動橋——低壓輪胎；鉗盤式制動器；鉸接轉(zhuǎn)向；工作裝置為反轉(zhuǎn)單連桿機構(gòu)。因此，提高裝載機在低速作業(yè)時克服插入料堆阻力的能力，并使得發(fā)動機功率得到比較好充分的利用，有利于提高裝載機的作業(yè)效率。另外，裝載機在輕載高速時，變矩器只用二級渦輪工作，而在重低速時，一、二級渦輪同時工作。這樣，變矩器本身在速度轉(zhuǎn)換時，相當(dāng)于兩檔速度，并隨外負(fù)荷自動變化，因此，可以減少變速箱的檔數(shù)，簡化變速箱結(jié)構(gòu)。基于這種原因，動力換擋行星變速箱只有兩個前進擋，一個后退檔。
我國ZL系列裝載機外形相似，零部件通用程度高。如ZL50與ZL40，ZL30與ZL20裝載機的通用件均達(dá)70%左右，給大批量專業(yè)化生產(chǎn)提供了有利條件。上述系列中的各品種均以通過國家鑒定定型，進行批量生產(chǎn)。為適應(yīng)需要，斗容1m3以下和5m3以上的裝載機也已經(jīng)出現(xiàn)。
1.2.3 目前裝載機的特點和發(fā)展趨勢
近期裝載機在結(jié)構(gòu)上沒有重大突破，但有不少的改進。由于一些大型工程需要以及裝載機應(yīng)用范圍擴大，要求有大容量大功率的裝載機來適應(yīng)工程的需要和提高生產(chǎn)率，因此裝載機向大型化方向發(fā)展。同時由于城市道路環(huán)境維護等小工程增多，同時為了滿足工廠車間內(nèi)部和狹小場地物料裝卸和搬運需要，節(jié)約勞動力，提高工效，裝載機向小型化發(fā)展也較快，這方面日本更為突出。另外，裝載機的輪胎化，輪胎裝載機車架的鉸接化，近來逐漸由大中型裝載機擴大到小型裝載機。
1) 動力：目前裝載機的動力仍然是柴油機，為了提高發(fā)動機單位自重功率和降低燃料消耗都廣泛采用了增壓器。
特大型裝載機沒有這么大的柴油機來適應(yīng)其要求，“克拉克”公司在它的675型特大型裝載機上，用兩臺柴油機兵連起來解決了這個問題。兩臺發(fā)動機通過各自的液力變矩器在變速箱合流，這樣，不僅解決的動力配套問題，而且提高了裝載機工作的安全可靠性，一臺柴油機出了故障，另一臺還可以繼續(xù)工作。
2) 傳動系統(tǒng) ：近年來全壓傳動小型輪胎式裝載機發(fā)展非常迅速。以美國為例全壓傳動的輪胎式裝載機占全部輪胎式裝載機的40%。
大中型輪胎式裝載機大部分仍采用液力機械傳動形式，只是近年來在一些傳動元件上做了一些改進，采用了一些新技術(shù)。如美國“卡特皮勒”公司把雙泵輪液力變矩器用在988B型輪胎式裝載機上。雙泵輪液力變矩器有內(nèi)外兩個泵輪，通過操作手柄可使這兩個泵輪一個工作；或兩個工作；或相對工作。因而使得變矩器的吸收功率和輸出功率可在一個相當(dāng)大的范圍內(nèi)進行無級變化，使得發(fā)動機功率和裝載機的牽引力能隨作業(yè)工況的變化獲得比較理想的匹配，使發(fā)動機功率被充分利用，改善了裝載機的動力性能，從而提高其工作效率。同時，輪胎不打滑也提高了輪胎的壽命。
3) 制動系統(tǒng)：最近一個時期，為了保證作業(yè)和行駛安全可靠，裝載機的制動系統(tǒng)一般有三部分組成即：雙管路腳制動系統(tǒng)，停車制動和緊急制動。制動器多采用盤式的。最近“卡特皮勒”988B輪胎式裝載機上采用了油冷式式多片制動器。這種制動器由于產(chǎn)生制動力的面積大和強制循環(huán)油冷卻，因此制動效果較好且使用壽命長，并且磨損后能自動補償間隙。
4) 工作裝置：由于近年來裝載機適用范圍擴大到礦山，除一般的裝載作業(yè)外還要進行一定的鏟掘作業(yè)，因此近年來盛行反轉(zhuǎn)式單搖臂連桿機構(gòu)（國外稱之為“Z”型連桿機構(gòu)）?！翱ㄌ仄だ铡惫咀罱哑?88型輪胎式裝載機改為988B型，其中就把原來的正轉(zhuǎn)雙搖臂改為反轉(zhuǎn)單搖臂連桿機構(gòu)。
美國、聯(lián)邦德國和英國有些公司研制出一種強制卸載鏟斗，它的后斗臂是一個活動的推板，當(dāng)鏟斗底部處于水平位置或略有不大的傾斜度時，使推板向前移動強行把退出卸載。這種強制卸載鏟斗的主要優(yōu)點有：能將粘性較大的物料從鏟斗中全部卸凈，增加了卸載距離和卸載高度；降低了卸載時物料降落高度，從而降低了對運輸車輛的沖擊強度。
美國“克拉克”公司為了使475B裝載機提高工作效率和適應(yīng)礦山作業(yè)的需要，對它的鏟斗進行了一些改進。改進后的鏟斗矮而深鏟斗高度比改進前低224cm,而斗容比改進前大了7%這種鏟斗貫入性好，可減少鏟斗插入料堆的阻力，同時由于鏟斗低矮，改善了司機的視野。另外，475B裝載機還裝有一種自動潤滑系統(tǒng)。這種自動潤滑系統(tǒng)按需要自動對各點潤滑，代替人工潤滑。它既不會潤滑過度也不會潤滑不足或遺漏，所以可以延長機器使用壽命，同時可提高作業(yè)效率，減少了每天保養(yǎng)的時間。
5) 液壓系統(tǒng)：由于液壓技術(shù)不斷的發(fā)展，液壓系統(tǒng)向高壓高速方向發(fā)展，進來裝載機的液壓系統(tǒng)的壓力有的高達(dá)30MPa，一般壓力為15MPa~20MPa。
近階段，裝載機的液壓系統(tǒng)中采用了一些新裝置，是裝載機在作業(yè)過程中發(fā)動機的功率能被充分利用。例如，美國凱斯380型和福特A62、A64、A65型裝載機液壓系統(tǒng)中都裝有一種液壓自動控制閥，這種發(fā)可以使閥不進行鏟裝時，其全部功率可用于牽引。同樣當(dāng)需要牽引時，其最大功率全部用來鏟裝。又如西德弗里斯公司的F1300C和1400C型輪胎式裝載機，拆用一種新的控制裝置，這種裝置可自動調(diào)整裝卸過程中的速度和動力。
6) 操縱系統(tǒng)：裝載機的操縱系統(tǒng)向簡單化發(fā)展，越來越多的裝載機用一根操縱桿便能操縱前進、后退和換擋；用一根操縱桿控制動臂的的提升下降和鏟斗的前后傾。換擋時變速桿必須先回空擋位置然后再另行掛檔，否則掛不上檔；發(fā)動機熄火，變速操縱桿則自動回到空擋位置等。
7) 低公害安全保護裝置：噪聲和振動以及發(fā)動機廢氣凈化已成為國外研究的重要的課題，并取得了一些的成果。
裝載機的發(fā)展趨勢，總的來說是向系列化、特大型化；多用途、微型化、超小型化；節(jié)能與環(huán)保；計算機管理及故障診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)以及整機智能化等方面發(fā)展。
2 裝載機總體設(shè)計
2.1 裝載機各總成部件結(jié)構(gòu)形式選擇
由前文介紹，對于大中型輪胎式裝載機選擇業(yè)力機械傳動系統(tǒng)，它能更好的吸收沖擊載荷，提高裝載機的壽命；并且能自動適應(yīng)外界阻力的變化，可以改善裝載機的牽引性能。
2.1.1 液力機械傳動系部件形式的選擇
(1) 液力變矩器
對于液力機械傳動的裝載機，如果液力變矩器選擇的合適，而且與發(fā)動機匹配的合適，那么，發(fā)動機的功率會被充分利用，裝載機的牽引性能就會得到改善，減少變速箱的檔數(shù)，簡化變速箱的結(jié)構(gòu)，減輕司機的勞動強度，提高裝載機的效率。所以綜合有關(guān)資料，選擇雙渦輪變矩器，它的變矩系數(shù)大，并且高效范圍寬適合裝載機在鏟裝作業(yè)時，具有低速大牽引力，而在運輸工況時，具有較高的車速。
(2) 變速箱
選定了發(fā)動機和液力變矩器的類型之后，就可以選擇變速箱的形式。變速箱按操縱型式分為人力換擋變速箱和動力換擋變速箱兩大類。綜合考慮，本次設(shè)計選擇動力換擋變速箱中行星動力換擋變速箱，這種形式的變速箱因其負(fù)荷分配在幾個行星齒輪上，齒輪零件受力小并且受力平衡。因此結(jié)構(gòu)緊湊，剛度大，齒輪使用壽命長。為了滿足裝載機低速作業(yè)要求和減小主傳動從動齒輪、差速器和半軸所傳遞的扭矩，在輪式裝載機上目前采用單級主傳動和行星輪邊減速裝置。但是，為了增大輪邊減速的速比，ZL30裝載機輪邊減速采用了雙級齒輪傳動。
(3) 制動系
目前裝載機完善的制動系包括三個部分：雙管路行車制動系統(tǒng)，停車制動和緊急制動。每個部分主要有制動器和制動驅(qū)動機構(gòu)兩個部分組成。
對于行車制動系統(tǒng)，中大型裝載機行車制制動器的驅(qū)動機構(gòu)都采用加力裝置。加力裝置有壓縮空氣和液壓和氣推油三種結(jié)構(gòu)方案。由于氣推油制動，操縱省力，工作可靠，能獲得較大的制動力。所以國內(nèi)外在中型和大型裝載機上得到了廣泛的應(yīng)用。對于停車制動系統(tǒng)是裝載機停車或在坡道上停歇制動用的。停車制動器多為帶式或蹄式的，一般組裝在變速箱外的傳動軸上。停車制動驅(qū)動機構(gòu)都是手操縱機械傳動，用以保證停車的可靠性。而緊急制動系，是用來供遇到特殊情況緊急制動或當(dāng)行車制動發(fā)生故障時用的。它具有獨立的驅(qū)動機構(gòu)，通常裝在變速箱外的傳動軸上，但并不是所有裝載機上都設(shè)有緊急制動系統(tǒng)。
（4） 輪胎
用于礦山的裝載機輪胎的壓力在0.4MPa左右。為充分的利用裝載機的重量，獲得較大的牽引力，輪式裝載機大都采用全橋驅(qū)動。本設(shè)計初選輪胎規(guī)格為18.00~24，寬基輪胎，充氣壓力0.35MPa，外直徑1590mm，斷面寬500mm，越野花紋。
2.2 裝載機總體參數(shù)確定
由設(shè)計任務(wù)書和設(shè)計要求，對于本次ZL30裝載機的設(shè)計的主要參數(shù)有：
鏟斗容量： 1.5 m3
整機質(zhì)量： 9.7 t
額定載重量： 3 t
發(fā)動機額定功率： 92 kw
裝載機總體參數(shù)選擇和確定是設(shè)計過程中比較重要的工作，合理選擇總體參數(shù)，不但可以方便以后的額技術(shù)設(shè)計，而且可以使裝載機擁有較好的使用性能和較高的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，從而降低成本，提高生產(chǎn)效率。
裝載機總體參數(shù)包括：額定載重量、斗容、裝載機自重，發(fā)動機功率，軸距、輪距、最大卸載高度，卸載距離等。
2.2.1 確定軸距和輪距
（1）輪距是裝載機總體設(shè)計的主要尺寸，一般是用比較法初步選取，然后通過繪制總布置，才能準(zhǔn)確地選定軸距。軸距L的主要影響以下三個方面的性能：
a. 軸距增大，有利于提高整車的縱向穩(wěn)定性。軸距增加還會減少裝載機在行駛中的前后顛覆，提高行駛平穩(wěn)性，減少死機疲勞。
b. 軸距增長時如果其它條件不變，最小轉(zhuǎn)彎半徑增加。
c. 軸距增長，相應(yīng)的車架，傳動軸等都要增長，所以裝載機自重會增加。
另外，軸距的改變還會影響車架受力和整機的通過性。
(2)大部分裝載機前后輪距相同，且前后輪距相同，且前后輪用相同的輪胎。
a. 輪距增加，可以提高整機的橫向穩(wěn)定性，但最小轉(zhuǎn)彎半徑將增加，影響機動性。
b. 輪距增加會造成鏟斗的都款增加。因為在作業(yè)中保護輪胎不被碰傷，一般鏟斗要比輪距寬50~100mm（單側(cè)），所以輪距增加，鏟斗寬度要相應(yīng)加寬，這樣降低了單位斗刃長度上的插入力。
綜上所述，參考同類產(chǎn)品初選：軸距2850mm，輪距2000mm。
2.2.2 插入阻力
插入阻力為鏟斗插入料堆，料堆對鏟斗的反作用力。該阻力由鏟斗前切削刃和兩側(cè)斗壁切削刃的阻力、鏟斗底和側(cè)壁內(nèi)表面與物料的摩擦阻力、鏟斗外表面和物料的摩擦阻力組成。這些阻力與料堆高度，物料的種類，鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀、鏟斗插入料堆的深度有關(guān)。要分別計算上述各項阻力比較繁瑣，一般按以下經(jīng)驗公式計算總的插入阻力：
式中：P——鏟斗插入阻力；
K——物料的塊度和松散程度的影響系數(shù)，對于松散程度較好的物料：
塊度小于0.3mm時， K=1.0；
塊度小于0.4mm時， K=1.1；
塊度小于 0.5mm時， K=1.3；
如果松散程度較差，則上述各值增大20%-40%；對于這里取 K=1.33；
K——物料種類影響系數(shù)，散狀物料種類為沙石，取系數(shù)為1.2；
l——鏟斗插入料堆深度(cm)，取50cm；
B——鏟斗寬度(cm)；
K—一料堆高度影響系數(shù)，料高度為1.4m, K=1.15；
K——鏟斗形狀系數(shù)，一般在1.1~1.8之間，取1.30。
2.2.3 鏟起阻力
鏟起阻力是指鏟斗插入料堆一定深度后，提升動臂時，料堆對鏟斗的反作用力。鏟起阻力與插入阻力同樣與物料的種類、塊度、松散程度、重度、溫度、物料之間及物料與斗壁之間的摩擦有關(guān)。最大鏟起力通常發(fā)生在鏟斗開始提升的時刻，隨著動臂提升鏟起力逐漸減小。
鏟斗開始提升時的鏟起阻力按下式計算：
＝
式中：——鏟斗插入料堆深度，0.5m；
B——鏟斗寬度，2.2m；
——鏟斗開始提升時物料的剪切阻力(KN/m),取值為35kN/m；
＝
=2.2×0.50×2.2×35
=84.7（kN）
2.2.4 轉(zhuǎn)斗阻力矩
轉(zhuǎn)斗阻力矩是當(dāng)鏟斗插入料堆一定深度后，用轉(zhuǎn)斗油缸使鏟斗向后翻轉(zhuǎn)時，料堆對鏟斗的反作用力矩稱為轉(zhuǎn)斗阻力矩。當(dāng)用鏟斗翻轉(zhuǎn)鏟掘物料時，在鏟斗充分插入料堆的最初時刻轉(zhuǎn)斗靜阻力矩具有最大值以表示，此時，鏟斗轉(zhuǎn)角α=0；其靜阻力矩隨著鏟斗的翻轉(zhuǎn)角α的變化而按雙曲線特性變化如圖2-1，一直到鏟斗前刃離開料堆坡面線為止。這時靜阻力矩用表示。根鏟斗轉(zhuǎn)角α=α。
式中： P——插入阻力,69.8kN；
——鏟斗回轉(zhuǎn)中心與斗刃的水平距離,1.143m；
y ——鏟斗回轉(zhuǎn)中心與地面的垂直距離,0.1m；
——鏟斗插入深度,0.50m。
2.2.5 總阻力矩的計算
鏟斗在料堆中翻轉(zhuǎn)時，除了要克服物料所給的靜阻力矩之外，還要克服鏟斗自重及鏟斗中物料所給的阻力矩，因此，開始轉(zhuǎn)斗的阻力矩為：
式中： ——鏟斗自重，14000 N；
——裝載機額定載重量,30000N；
——鏟斗重心到回轉(zhuǎn)中心的水平距離,0.44m；見圖2-2。
圖2-1 轉(zhuǎn)斗的靜阻力矩與鏟斗轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系 圖2-2 轉(zhuǎn)斗力確定圖
Fig.2-1 Tatic relationship of the turning resistance and bucket Fig.2-2 transfer force to determine map
2.2.6 裝載機的使用重量
裝載機作業(yè)時要發(fā)揮大的插入力,必須要求機器有足夠的自重,增加附著性能。但機器自重的增加，將會導(dǎo)致裝載機運行阻力增大動力性能變差,材料和燃料消耗增加,輪胎壽命縮短,以及造價提高。對于一般土壤,如附著重量過大,當(dāng)其比壓超過某一極限而破壞土壤結(jié)構(gòu)時甚至使附著性能反而變壞。因此在設(shè)計時應(yīng)在保證一定附著牽引力的前提下盡量使機器的自重降低,具有同樣作業(yè)能力和壽命的機器,其自重越小,往往說明其總體布置,材料利用和部件設(shè)計的合理性,一般可用單位自重功率或單位斗容自重來反映,它是機械技術(shù)性能的重要比較指標(biāo)之一。
式中：——輪胎的附著系數(shù), =0.70（輪胎充氣壓為350KPa）；
——為最大插入阻力。=69.8KN；
所以，。即使用重量為9.31t，參考同類機型選取9.7噸。
2.2.7 確定發(fā)動機功率
裝載機作業(yè)時，發(fā)動機凈功率（飛輪功率）消耗兩部分：牽引功率和驅(qū)動液壓泵功率。
（1）功率是由發(fā)動機經(jīng)傳動系驅(qū)動裝載機行駛的功率。按下式計算：
式中： Pk——額定輪緣切線牽引力；
VT——裝載機插入料堆的理論作業(yè)速度，取3~4km/h，這里取3.5km/h；
——傳動系總效率，機械傳動0.85~0.88，液力機械傳動0.6~0.75，這里取0.70；
Pk=PH+Pf
式中：——裝載機空載附著重量，取93.1kN
——額定附著重量利用系數(shù)，它是相應(yīng)于額定滑轉(zhuǎn)率時的附著重量利用系數(shù)輪式裝載機，取之間，取0.5；
——滾動阻力系數(shù)，取f=0.02。
則：
（2）驅(qū)動液壓泵功率：
裝載機用的柴油機工作條件惡劣，負(fù)載大，應(yīng)選用按一小時功率標(biāo)定的工程機械用柴油機，如選用車用柴油機，因它是按15分鐘標(biāo)定功率的，建議將其功率降低10~20%使用。
裝載機上所用的油泵有：作業(yè)泵（供工作裝置液壓缸用）、轉(zhuǎn)向泵（供轉(zhuǎn)向液壓缸用）、變速泵（供動力換檔速箱和變矩器冷卻用）等。
裝載機不同工況，驅(qū)動液壓泵所需功率是不同的。
當(dāng)裝載機作直線行駛、工作裝置不動作時，作業(yè)泵，轉(zhuǎn)向泵處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，計算時作業(yè)泵和轉(zhuǎn)向泵的空載壓力（一般取500KPa）、變速泵取工作壓力計算，此時驅(qū)動液壓泵所需功率很小。
當(dāng)裝載機邊走邊操縱斗動作時，作業(yè)泵工作壓力高，流量大，驅(qū)動油泵所需功率大。作業(yè)泵的計算壓力應(yīng)取多大需視不同機型而異。
驅(qū)動油泵功率，一般，即，
選擇適當(dāng)型號的發(fā)動機：本設(shè)計采用牟平發(fā)動機廠生產(chǎn)的6102G型發(fā)動機，其類型為水冷單行直列四沖程，額定功率為92KW，額定轉(zhuǎn)速為2600r/min。
2.3 各部件的布置
2.3.1 發(fā)動機和傳動系的布置
發(fā)動機通常置于裝載機后部中央，這樣能改善駕駛員的視野，而且可以增加裝載機的穩(wěn)定性。發(fā)動機的前后布置，根據(jù)橋荷分配確定，其曲軸中心線的上下位置在不影響整機的使用要求和傳動布置的情況下，希望盡可能低些，以降低裝載機重心高度。發(fā)動機位置確定后，即可安排液力變矩器、變速箱的位置和確定傳動軸數(shù)目。
發(fā)動機、變矩器和變速箱最常用的連接有以下兩種方式：
（1）變矩器與發(fā)動機飛輪殼連接，變矩器和變速箱連接在一起。
這種布置結(jié)構(gòu)緊湊，傳動軸數(shù)少，采用行星變速箱的傳動系中多用這種結(jié)構(gòu)形式。
（2）變矩器殼和發(fā)動機飛輪殼連接在一起，變矩器和變速箱用傳動軸連接。傳動系采用定軸變速箱時多用此方案。
2.3.2 工作裝置布置
裝載機的工作裝置布置在整機的前端，布置時結(jié)合工作裝置設(shè)計，確定動臂與車架的鉸點位置。在工作裝置參數(shù)不變的情況下，鉸點可盡量向后布置，但要考慮駕駛員出入駕駛室方便及鉸接式裝載機在最大轉(zhuǎn)角是工作裝置不與駕駛室相碰。從降低重心高度出發(fā)希望動臂與車架的鉸點A低些，但這樣會降低最大卸載高度或增大動臂的回轉(zhuǎn)角度，已致減小卸載距離及動臂油缸力臂，造成油缸受力不利。動臂從最低位置大最大舉升時的回轉(zhuǎn)角度一般取80°~ 90°左右。動臂油缸與車架的鉸點I及油缸與動臂的鉸點H的位置是在考慮油缸受力及其行程的情況下確定的。
動臂油缸缸體與車架一般采用兩種鉸接方式。
圖2-3 立式布置形式 圖2-4 臥式布置形式
Fig. 2-3 vertical layout form Fig. 2-4 horizontal layout form
一種是油缸下端與車架鉸接；另一種是油缸中部與車架鉸接，前者結(jié)構(gòu)簡單容易布置，但油缸下端與車架鉸點支座離地面距離較??；后者在動臂提升過程中，由于油缸下部的擺動，使得油缸作用力臂變化較小，效率較高，但油缸下端擺動較大，布置較為困難。動臂油缸與動臂的鉸點H靠前，動臂提升是油缸推力小，但活塞行程較大；I點靠后，活塞行程雖小但油缸推力較大。I點一般布置在靠近動臂后端約為長度的1/3處為宜。動臂油缸上下鉸點I、H的選擇，應(yīng)滿足動臂在最低位置時，GHI=90°，這樣鏟掘時提升力最大。
2.3.3 駕駛室的布置
整體車架輪胎式裝載機，為使駕駛員前視野好，一般都將駕駛室布置在車架的前部。 鉸接式裝載機駕駛室的布置方案有以下三種：
(1)駕駛室懸臂固定在前車架的后端
這樣布置鏟斗始終在駕駛員的前方，同時轉(zhuǎn)向時駕駛員隨前車架一起轉(zhuǎn)動，前方視野較好，鏟裝物料及裝卸時便于對中，但由于駕駛室在前車架上，而發(fā)動機和變速箱等是在候車架上，所以，操縱結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。國外有些裝載機的駕駛室采用這種布置方式。
(2)駕駛室懸臂固定在后車架的前端
這種布置形式轉(zhuǎn)向時駕駛員不隨工作裝置一起轉(zhuǎn)動，裝卸時對中性不如前者。作業(yè)時駕駛員受沖擊較小，不易疲勞，前后視野中等。目前大多數(shù)鉸接式裝載機采用這種布置方案。
(3)駕駛室布置在后車架的前部
這種布置方案前方視野較差，后方視野較好，作業(yè)時司機受到?jīng)_擊較小，不易疲勞。當(dāng)前也有裝載機采用這種布置。
3 工作裝置設(shè)計
3.1 工作裝置結(jié)構(gòu)分析
3.1.1 裝載機工作裝置概述
裝載機鏟掘和裝卸物料作業(yè)是通過工作裝置的運動實現(xiàn)的。裝載機的工作裝置由鏟斗，動臂、搖臂、連桿（或托架）及轉(zhuǎn)斗油缸和動臂油缸等組成。鏟斗與動臂及通過連桿或托架與轉(zhuǎn)斗油缸鉸接，用以裝卸物料，動臂與車架及與動臂油缸鉸接，用以升降鏟斗。鏟斗的翻轉(zhuǎn)和動臂的升降采用液壓操縱。
由鏟斗、搖臂、連桿（或托架）、轉(zhuǎn)斗油缸、動臂、動臂油缸及車架互相鉸接所構(gòu)成的連桿機構(gòu)。在裝載機作業(yè)時應(yīng)保證：當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖時，動臂在動臂油缸的作用下提升過程中，連桿機構(gòu)應(yīng)能使鏟斗保持平移或使斗底平面與水平夾角的變化控制在允許的范圍內(nèi)，以免裝滿物料的的鏟斗由于傾斜而灑落物料；當(dāng)動臂處于任何作業(yè)位置時在轉(zhuǎn)斗油缸的作用下，通過連桿機構(gòu)使鏟斗繞其鉸點轉(zhuǎn)動，并且卸載角度不小于45 °；在動臂下降時，又能使鏟斗自動放平，以減輕駕駛員的勞動強度，提高生產(chǎn)率。下面我們分析裝載機作業(yè)時工作裝置連桿機構(gòu)的運動關(guān)系。
提升動臂過程中，由于動臂與車架的夾角α（如圖3-1）的改變而引起鏟斗相對于動臂的夾角β也發(fā)生變化，也就是鏟斗相對于動臂產(chǎn)生了轉(zhuǎn)動。因此，提升動臂時，鏟斗在空間的實際運動是由兩個運動合成的，即由跟隨動臂一起運動的牽連運動和相對動臂轉(zhuǎn)動的相對運動的合成。
假如動臂相對車架，轉(zhuǎn)過Δα，通過轉(zhuǎn)斗油缸，搖臂和連桿使鏟斗相對動臂轉(zhuǎn)動Δβ，則鏟斗實際轉(zhuǎn)角Δγ為：
Δγ=Δα+Δβ
顯然，鏟斗的轉(zhuǎn)向與動臂的轉(zhuǎn)向一致時，Δβ為正值，鏟斗傾角變化增大，反之，Δβ為負(fù)，鏟斗傾角的變化小，如果鏟斗與動臂的轉(zhuǎn)向相反，并且Δα=－Δβ時，則鏟斗傾角無變化為平移。
裝載機由于使用和結(jié)構(gòu)上的原因，很少采用平行四邊形的連桿機構(gòu)。因此就不能使鏟斗在提升動臂過程中保持平移。但可以通過合理的選擇連桿之間的長度比例關(guān)系，使得在動臂提升時，鏟斗產(chǎn)生一個與動臂舉升轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)動，以使鏟斗傾角變化控制在較小的范圍內(nèi)(通常取Δγ≤15°)
圖3-1 工作裝置運動分析
Fig.3-1 Motion analysis of working device?
3.1.2 工作裝置結(jié)構(gòu)類型的分析
裝載機的工作裝置的結(jié)構(gòu)形式分為無鏟斗托架和有鏟斗托架兩種。
無托架的工作裝置，結(jié)構(gòu)相對簡單，其鏟斗與動臂的前端和連桿鉸接，動臂后端與車架上部支座鉸接，搖臂鉸接在動臂上并分別與連桿和轉(zhuǎn)斗油缸的活塞桿鉸接，轉(zhuǎn)斗油缸缸體與車架鉸接。按組成連桿機構(gòu)的數(shù)目可以分為六連桿和八連桿，連桿構(gòu)件數(shù)目多，機構(gòu)的鉸接點就多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，因此超過八連桿的機構(gòu)在裝載機上一般不采用。按連桿機構(gòu)運動可以分為正轉(zhuǎn)連桿工作裝置和反轉(zhuǎn)連桿工作裝置。如圖3-1就是反轉(zhuǎn)連桿工作裝置。正轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)的搖臂與鏟斗轉(zhuǎn)動方向相同，而反轉(zhuǎn)連桿工作裝置的搖臂與鏟斗轉(zhuǎn)動方向相反。
有鏟斗托架的工作裝置它是四連桿機構(gòu)，其動臂和連桿的后端與車架鉸接，動臂和連桿的前端與鏟斗托架鉸接，托架上部鉸接轉(zhuǎn)斗油缸缸體，活塞桿及托架下部與鏟斗鉸接。這種結(jié)構(gòu)形式的工作裝置，托架、動臂、連桿及車架鉸座可以構(gòu)成平行四連桿機構(gòu)，這樣在轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖的情況下，提升動臂時，鏟斗始終保持平移，使得鏟斗內(nèi)物料不易灑落。但由于在動臂的前端裝有較重的托架和轉(zhuǎn)斗油缸，使得裝載機的有效載重量減小，所以目前采用較少。
正轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)工作裝置的運動特點是：最大掘起力是在鏟斗底面略低于地面時，即鏟斗轉(zhuǎn)角為負(fù)值時（見圖3-2曲線1、2），適宜于挖掘地面，鏟斗卸荷時前傾角速度大，易于抖落物料，但沖擊較大。正轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)可以分為：單連桿和雙連桿。
(1)正轉(zhuǎn)單連桿工作裝置
正轉(zhuǎn)單連桿機構(gòu)連桿數(shù)目少，結(jié)構(gòu)相對簡單，易于布置，轉(zhuǎn)斗油缸可以布置在動臂的下方，活塞桿不易受損傷；提升動臂時鏟斗后傾角變化小。它的缺點是連桿的傳動比較雙連桿小，從而造成掘起力曲線變化較陡（見圖3-3曲線1）。若要提高連桿的傳動比，需要加大搖臂的長度，這樣給布置帶來困難，并造成駕駛員視野不良。
(2)正轉(zhuǎn)雙連桿工作裝置
雙連桿機構(gòu)連桿數(shù)目多，連桿傳動比大，掘起力曲線變化平緩（見圖3-3曲線2），動臂提升后鏟挖力變化小，連桿的尺寸可縮小，擴大了駕駛員的視野。鏟斗切削刃面平貼地面時，提升動臂鏟斗自然后傾，使鏟裝物料不會倒出，進行地面上挖掘工作可以縮短其循環(huán)時間，適于利用鏟斗和動臂配合作業(yè)。它的缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，轉(zhuǎn)斗油缸較難布置在動臂下邊。如果要使動臂在最大舉升高度時鏟斗后傾角不致過大，就需使鏟斗在低位置時后傾角小些，但是這樣裝載機滿載運輸時，鏟斗中的物料又容易撒落。
(3)反轉(zhuǎn)連桿工作裝置
反轉(zhuǎn)連桿工作裝置的運動特點是：最大掘起力是在鏟斗底略高于地面后翻轉(zhuǎn)時發(fā)揮出來，而且最大鏟起力比正轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)大。反轉(zhuǎn)連桿機構(gòu)掘起力曲線變化較陡峭（見圖3-3曲線3），在鏟裝物料轉(zhuǎn)斗時掘起力大，易于進行掘起作業(yè)，適用于一次鏟掘法鏟裝，但是不適于進行往上耙料的作業(yè)，鏟斗卸載時前傾最后階段速度降低，卸載平穩(wěn)、沖擊小，但難于抖落砂土；由于連桿數(shù)目少，傳動比小，為了增大搖臂傳動比，需增大尺寸，這不僅使卸載時連桿易碰自卸卡車貨槽側(cè)壁，而且還造成駕駛員視野不好；鏟斗在最高卸載位置卸載后，下降動臂鏟斗易于自動放平。
反轉(zhuǎn)單連桿的工作裝置，由于結(jié)構(gòu)相對簡單、掘起力大、運輸狀態(tài)鏟斗后傾角大、不易撒落物料、鏟斗能自動放平等優(yōu)點，因此，在近代裝載機上得到了廣泛的采用。我國ZL系列轉(zhuǎn)載機的工作裝置都是采用反轉(zhuǎn)單連桿型式。至于反轉(zhuǎn)雙連桿機構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于布置，所以目前裝載機上較少采用。
圖3-2 反轉(zhuǎn)連桿工作裝置
Fig. 3-2 reverse connecting rod working device
圖3-3工作特性圖
Fig.3-3 working characteristic chart
3.2 鏟斗設(shè)計
鏟斗是工作裝置的重要部件，裝載機工作時用它直接鏟掘、運輸、裝載和傾卸物料，鏟斗的結(jié)構(gòu)形式及尺寸參數(shù)對插入阻力、鏟掘阻力及生產(chǎn)率有著很大影響，所以鏟斗設(shè)計就是根據(jù)裝載機的主要用途和作業(yè)條件從減少插入阻力、鏟掘阻力和提高生產(chǎn)率出發(fā)，合理的選擇鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀，正確的確定鏟斗的尺寸參數(shù)。
3.2.1 鏟斗設(shè)計要求
(1) 插入及掘起阻力小，作業(yè)效率高。
(2) 鏟斗工作條件比較惡劣，時常承受很大的沖擊載荷及劇烈的摩擦，要求鏟斗具有足夠剛度和強度及耐磨性。
(3) 根據(jù)所鏟裝物料的種類及重度的不同設(shè)計不同結(jié)構(gòu)形式及不同斗容的鏟斗。
3.2.2 鏟斗結(jié)構(gòu)形式的選擇
裝載機根據(jù)鏟掘物料種類的不同，其鏟斗結(jié)構(gòu)形式也不一樣。
一般鏟斗是由切削刃、斗底、側(cè)壁及后斗壁組成。鏟斗切削刃的形狀根據(jù)所鏟裝物料的的不同而異，通常分為非直線型和直線型（V形或弧形）兩種。
非直線型切削刃（裝載機多用V型）中間突出（如圖3-4b），鏟斗插入料堆時，在切削刃的中部形成很大的比切力，容易插入料堆，且對中性好。但平地性能和裝滿系數(shù)均不如直線型切削刃鏟斗。
直線型切削刃（如圖3-4a）結(jié)構(gòu)很簡單，具有良好的的平地性能，適用于裝載重度不超過16kN/m3，并且堆積較松散的物料。
裝有斗齒的鏟斗（如圖3-4c、d）在鏟斗插入物料時，插入力分布在幾個斗齒上，使得每個斗齒形成很大比壓，因此具有良好的插入和鏟起性能適用于鏟裝堆積密實的物料和塊度較大的巖石。斗齒可延長切削刃的使用壽命，同時磨損后也易于快速更換，斗齒的形狀對插入力有著一定的影響。實驗證明，非對稱及窄而長的斗齒比對稱的及短而寬的斗齒切削阻力要小。
弧形或折線形鏟斗側(cè)刃的插入阻力比直線型側(cè)刃要小，但具有弧形或折線形側(cè)刃的鏟斗的側(cè)壁較淺，物料易從兩側(cè)散落，影響鏟斗的裝滿。這種形狀的鏟斗較適宜鏟裝巖石。
鏟斗的形狀鏟裝阻力和粘性物料卸凈性有著較大影響。對于主要鏟裝土方工程的裝載機，希望在斗底圓弧半徑R大些，斗底長度短些（如3-4a），以改善泥土在都內(nèi)的流動性，減少物料在斗內(nèi)的運動阻力。而對于主要用于鏟裝流動性較差的巖石裝載機，希望采用圓弧半徑較小的矮而深的鏟斗（如圖3-4b）。這種鏟斗貫入性好，可以減小鏟斗插入料堆的阻力，同時也改善了司機的視野。但過深的鏟斗會引起斗底太長，因而造成鏟起力變小。
(a)直線形斗刃鏟斗 （b）v形斗刃
(a)Straight blade bucket bucket? (b)V bucket edge
（c）直線形帶齒鏟斗 （d）弧形帶齒鏟斗
(c) Straight tooth bucket (d)Arc tooth bucket
圖3-4常見的鏟斗結(jié)構(gòu)
Fig. 3-4 common bucket structure
鏟斗的形狀對鏟裝阻力和粘性物料卸靜性有著較大的影響。對于主演鏟裝土方的裝載機，希望斗底圓弧半徑大些，斗底長度短些，如圖3-5a所示，以改善泥土在斗內(nèi)的流動性，減少物料在斗內(nèi)的運動阻力。而對于主要用于鏟裝流動性較差的巖石裝載機，希望采用圓弧半徑較小，矮而深的鏟斗，如圖3-5b所示，這種鏟斗貫入性好，可以減小鏟插入料堆的阻力，同時也可以改善司機的視野。但過深的鏟斗會引起斗底太長，因而造成掘起力變小。
圖3-5鏟斗斷面基本參數(shù)圖
Fig.3-5 The basic parameters of figure 3-5 bucket section
3.2.3 鏟斗基本參數(shù)的確定
鏟斗是工作裝置的重要部件，裝載機工作時用它直接鏟掘、裝載、運輸和傾卸物料，鏟斗的結(jié)構(gòu)形式及尺寸參數(shù)對插入阻力、鏟掘阻力及生產(chǎn)率有著很大影響，所以鏟斗設(shè)計就是根據(jù)裝載機的主要用途和作業(yè)條件從減少插入阻力、鏟掘阻力和提高生產(chǎn)率出發(fā)，合理的選擇鏟斗的結(jié)構(gòu)形狀，正確的確定鏟斗的尺寸參數(shù)。
(1)鏟斗寬度
鏟斗寬度是鏟斗的主要基本參數(shù)。鏟斗寬度應(yīng)大于裝載機前輪外側(cè)寬度，每側(cè)突出50-100mm，前文初選輪距2000mm，所以這里取鏟斗寬度為2200mm。
(2)鏟斗回傳半徑R
指鏟斗與動臂鉸接點至切削刃之間的距離。根據(jù)公式可得回傳半徑為：
式中 ：——斗的幾何容量，取1.5m；
——鏟斗內(nèi)壁寬度，為鏟斗寬度扣除兩側(cè)壁厚，即
mm；
——鏟斗斗底長度系數(shù)，＝1.4~1.5，取1.45；
——后斗壁長度系數(shù)，＝1.1~1.2，取1.15；
——擋板高度系數(shù)，＝0.12~0.14，取0.13；
——斗底和后斗壁直線間的圓弧半徑系數(shù)，＝0.35~ 0.4，取0.38；
——擋板與后斗壁間的夾角，＝5~10，取8；
——斗底和后斗壁間的夾角，＝48~52，取50；
圖3-6鏟斗基本參數(shù)簡圖
Fig.3-6 The basic parameters of the bucket
由計算得,
(3)鏟斗的斷面形狀參數(shù)：
斗的圓弧半徑、張開角、擋板高度和底壁如圖3-6所示。
斗底長度：是指鏟斗切削刃到斗底后斗壁交線之間的距離，可用下式計算：
后斗壁長